JP5499052B2 - ライナー付き液封式ポンプ - Google Patents

Description

本発明は，液封式ポンプに関する。より具体的には，本発明は，液封式ポンプの環状ハウジングと略同一面に位置するライナーに関する。

液封式ポンプは，よく知られている。Schultzeの米国特許第４，８５０，８０８号には，かかる液封式ポンプが開示されている。ポンプは，１段又は２段式である。ポンプは，環状ハウジングと，環状ハウジング内のロータ組立体と，ロータ組立体が固定的に取り付けられた環状ハウジング内に延びるシャフトと，及び，シャフトに連結したモータアセンブリとを含む。動作中は，環状ハウジングには作動流体が部分的に充填され，ロータが回転するとき，ロータブレードが作動流体を引き込み，シャフトに対して径方向に発散し及び収束する液封を形成する。流体がシャフトから発散している部分では，ロータ組立体の互いに隣接するロータブレード間の空間（バケット）内に結果として生じた減圧が，ガス吸入部を構成する。流体がシャフトに合流している部分では，隣接するロータブレード間の空間（バケット）内に結果として発生した上昇圧が，ガス圧縮部を構成する。

Brownの米国特許第４，２５１，１９０号には，水封式回転空気圧縮機が開示されている。圧縮機は，環状ハウジング，環状ハウジング内に配置されたロータ組立体，環状ハウジング内に延び，かつ，ロータ組立体に固定的に連結した動力供給シャフトを備えている。ロータ組立体はポンプ流体を利用し，米国特許第４，８５０，８０８号と同様の方法で液封を作り出している。

かかるポンプを長期間使用すると，液封と接触する環状ハウジングの表面が，液封により腐食する場合がある。例えば，環状ハウジングは，腐食浸食，キャビテーション浸食及び／又は粒子浸食を被る可能性がある。時間と共に腐食により環状ハウジングの接液面が粗くなり，それにより環状ハウジングの表面に沿って液封の摩擦抵抗が大きくなる。抵抗が増大すると，ポンプを適切に作動させるためにシャフトが要する電力量を増加する必要がある。よって，ポンプの効率と寿命が低下する。例えば，７．５Hpの真空ポンプを１７５０ｒｐｍで作動させて行った試験では，稼働が１０〜１５週を超えると，１７５０ｒｐｍの運転速度を維持するために軸動力を６．２％まで上げなければならなかったほど環状ハウジングの表面粗さが非常に大きくなった。公知のいくつかの液封式ポンプでは，環状ハウジングを鋳造ステンレス鋼などの耐食性鋳造材料から形成することで，腐食と環状ハウジングの表面粗さの問題に対処している。しかし，鋳造ステンレス鋼の値段が鋳鉄の数倍もすることから，この対処法は非経済的である。

液封式ポンプに付随する腐食を低減することは有利である。したがって，本発明では，環状の液封式ポンプのハウジングの少なくとも一部と略同一面に位置するライナーを設けている。ライナーは，１枚以上のステンレス鋼，ハステロイ，銅，ニッケル及び／又はその他適切な耐食性材料及び／又はプラスチックから形成される。複数枚型ライナーは，ステンレス鋼，ハステロイ，銅，ニッケル及び／又はその他適切な耐食性材料及び／又はプラスチックなどの薄い材料の円環板と成形シートのみからなってもよい。１枚型ライナーは，メタルスピニング，深絞り，ハイドロフォーミング及び／又はその他適切なライナー形成方法のうちの１つ又はその組み合わせで形成してもよい。一実施形態においては，ライナー（１枚型又は複数枚型）は，限定はしないが，締結，溶接及び接着のいずれかにより，ポンプの環状ハウジングに連結される。他の実施形態においては，ライナーは，ポンプの修理を容易にするために，ポンプの環状ハウジングに着脱可能に取り付けられるように構成されている。ライナーが連結され，その連結により，ポンプ作動時の環状ハウジングに対するライナーの回転を防止する。

本発明の一実施形態においては，ライナーは，環状ハウジングの環状部分と略同一面に配置された環状スリーブ部を含む。ライナーは，環状スリーブの第１の端部から径方向内側に延びる閉鎖端部も含む。閉鎖端部は，環状ハウジングの閉鎖端部と略同一面に配置される。ライナーは，ライナーと環状ハウジングの結合と封止を容易にするために，環状スリーブの第２の端部から延びるフランジも含んでもよい。

本発明の適用可能な更なる範囲は，本明細書における詳細な説明及び／又は図面により明らかとなろう。本発明の詳細な説明，具体的な実施例及び好適な実施形態は説明目的のみであって，本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。

本発明は，詳細の説明及び／又は添付の図面から，より十分に理解されるであろう。
図１は，本発明を実施する液封式ポンプのシャフトと平行に切断した不規則部分断面図である。 図２は，図１に示す液封式ポンプの分解図である。図１に示すプラグは，意図的に省略している。 図３Ａは，図１に示すライナーの第１の端部における閉鎖端部の図である。 図３Ｂは，図１に示すライナーの断面図である。 図３Ｃは，図１に示すライナーの第１の端部における閉鎖端部の斜視図である。 図４Ａは，図１に示すライナーの他の実施形態の第１の端部における閉鎖端部の斜視図である。 図４Ｂは，図１に示すライナーの他の実施形態の第２の端部における開口端部の斜視図である。 図５Ａは，図１及び２に示すポートプレートの正面図である。 図５Ｂは，図５Ａに示すポートプレートの背面図である。 図６は，図１に示すロータの正面斜視図である。 図７は，ポンプが作動状態の際の，ロータ，作動流体，バケット，流入口及び吐出口の相対位置を強調するため，液封式ポンプのシャフトに対して垂直に切断した概略的断面を図示したものである。

以下の好適な実施形態の説明は本質的に単なる例示であり，本発明，その応用及びその使用を限定する目的ではない。

図１〜７を参照して解るように，液封式ポンプ２０は，環状ハウジング２２と，ハウジング２２内のロータ２４と，環状ハウジング２２内に延びるドライバ又は原動機２８のシャフト２６を含んでなる。環状ハウジング２２は，環状部分３０と，環状部分３０の第１の端部３４から径方向内側に延びる閉鎖端部３２を含む。環状ハウジング２２の開口端部３６は，閉鎖端部３２とは反対側の環状部分３０の第２の端部３８に形成される。ハウジング２２は，鋳鉄，ダクタイル鉄及び／又はその他の金属又は非金属材料から形成してもよい。一実施形態においては，環状ハウジング２２は，プラスチックから形成することができ，環状ハウジング２２の腐食を防止している。ロータ２４は，シャフト２６に固定的に取り付けられている。環状ハウジング２２は，ロータ２４と作動流体４２が配置される空洞４０となるローブを形成する。

ポートプレート４４は，ハウジング２２の開口端部３６を覆う。ポートプレート４４は，連続する又は隣接するロータブレード５２で構成された空間５０にガスが出入りするためのガス流入口４６とガス吐出口４８を有しており，前記空間はバケットと呼ばれる。ポンプ２０が作動モードのとき，各バケット５０は，作動流体４２の内面５４により密封される。従って，ポンプ２０が作動状態の際のバケット５０は，封止されたバケットである。ポートプレート４４は，ネジ５６又はその他の適切な手段によりハウジング２２に固定される。接続プレート５８は，ネジ又はその他の適切な手段によりポートプレート４４に固定される。環状ハウジング２２は，閉鎖端部３２でドライバ２８に固定される。ここで示す例では，ドライバ２８は電気モータである。勿論，ドライバ２８は電気モータ以外のものであってもよい。

ロータ２４はハブ６０を含み，そこからロータブレード５２が延びる。円筒穴６２は，ハブ６０の中に延びる。環状ハウジング２２の閉鎖端部３２に形成された穴６４を通って延びるシャフト２６は，円筒穴６２の中に延びる。シャフト２６は，ポートプレート４４向きに位置する自由端６５を有する。自由端６５はプラグ６６に隣接する。プラグ６６は，ハブ穴６２に固定される胴体部６８を有する。ハブ６０は，シャフト２６に固定的に取り付けられる。

各ロータブレード５２は，シャフト２６の軸方向に延びる第１の軸方向延長端７２を有する。各ロータブレード５２は，シャフト２６の軸方向に延びる第２の軸方向延長自由端７４を有する。各第２の自由端７４は，シャフト２６と略平行である。第２の自由端７４は，空洞７６を形成する。矢印７８は，ロータ２４の回転方向を示している。

ライナー８０は，環状ハウジング２２の内面８２と略同一面に配置される。ライナーにより，作動流体４２との接触の結果生ずる環状ハウジング２２の腐食量が容易に低減できる。ライナー８０は，液体ポンプの作動時に，作動流体と環状ハウジング２２の間にバリアを設けることで，腐食を低減する。図３Ａ，図３Ｂ及び図３Ｃを参照して解るように，ライナー８０は，環状スリーブ部８４と，環状スリーブ部８４の第１の端部８８から径方向内側に延びる閉鎖端部８６を含む。ライナー８０の開口端部９０は，閉鎖端部８６とは反対側の環状スリーブ部８４の第２の端部９２に形成される。ライナーの環状スリーブ部８４は，環状ハウジング２２の環状部分３０と略同一面に配置され，ライナー８０の閉鎖端部８６は，環状ハウジング２２の閉鎖端部３２と略同一面に配置される。ライナー８０の閉鎖端部８６は，その内部を通って延びる穴９４を備えている。穴９４は，環状ハウジング２２の閉鎖端部３２に形成された穴６４を取り囲み，シャフト２６は穴９４及び穴６４の双方を通って延びる。ライナー８０はまた，環状スリーブ部８４の第２の端部９２から延びるフランジ９６も含む。フランジ９６は，ライナー８０と環状ハウジング２２の連結を容易にし，作動流体４２からの環状ハウジング２２の封止を補助するよう構成される。具体的には，フランジ９６は，ハウジング環状リング３０の第２の端部３８に重なる。フランジ９６は，ハウジング２２とポートプレート４４の間を連結する。ライナー８０は更に，線状の穴９４の円周から延びるフランジ９７を備え，ライナー８０と環状ハウジング２２の連結と封止を更に容易にする。他の実施形態においては，図４Ａ及び図４Ｂに示すように，ライナー８０をフランジ９６及び９７無しで形成してもよい。

ライナー８０は，耐食性材料，例えば，ステンレス鋼，ハステロイ，銅，ニッケル及び／又はその他適切な耐食性材料から形成される。また，ライナー８０は，プラスチックであってもよい。ライナー８０は，限定はしないが，メタルスピニング，深絞り，ハイドロフォーミング，鋳造及び／又はその他適切なライナー形成方法を含むいくつの工程を経て形成されてもよい。ライナー８０は，１片以上で形成することができる。１枚型にする場合，ライナー８０は継ぎ目がない。更に，ライナー８０は，締結，溶接，接着及び／又はその他適切な公知の方法などの様々な異なる方法を使って環状ハウジング２２に連結してもよい。一実施形態においては，ライナー８０は，ポンプ２０の修理を容易するために，環状ハウジング２２に着脱可能に連結される。ライナーはハウジングに結合され，その結合によりハウジングへの取り付けがなされ，ポンプ作動時の環状ハウジングに対するライナーの回転を防止する。

ライナー８０が環状ハウジング２２の内面全体を覆うものとして説明及び図示されているが，ライナー８０が様々な構成でありうることは，当業者であれば認めるであろう。例えば，ライナー８０がより小さいポンプで使用される場合，ライナー８０は，ポンプのカップ状ハウジングと略同一面に嵌合するように構成されたカップ形状を有してもよい。更に，ライナー８０は，環状ハウジング２２の接液面全体又は接液面の最も腐食の影響を受けやすい部分を覆うよう形成してもよい。例えば，ライナー８０は，ポンプ２０の作動時に形成される作動流体４２の液封が横断する環状ハウジング２２の径方向及び軸方向に延びる内面のみを覆うよう形成してもよい。

作動中，環状ハウジング２２には作動流体４２が部分的に充填され，ロータ２４が回転しているときにロータブレード５２が作動流体４２を引き込み，シャフト２６に対して径方向に発散及び収束する液封を形成する。ライナー８０は，作動流体４２と環状ハウジング２２の間に非腐食性バリアを作り出し，それにより環状ハウジング２２を腐食から守っている。よって，ポンプ２０内の腐食浸食，キャビテーション浸食及び／又は粒子浸食の量が低減する。この低減により，液封は，より少ない流体抗力とより僅かな乱流損失で環状ハウジング２２内を循環できる。液封の乱流損失及び流体抗力を低減することで，所定の速度でシャフト２６を回転させるためにポンプに必要な電力が少なくなる。したがって，ライナー８０は，作動流体４２と環状ハウジング２２の接触に起因する腐食の量を低減することで，ポンプ２０の効率と寿命を維持する費用効率の高い手段を提供する。

これは，耐食性液封式ポンプ２０の製造方法である。この方法は，ハウジング空洞をなす内面８２を有する環状ハウジング２２を備えることを含む。複数のロータブレード５２を有するロータ２４がハウジング空洞に配置され，シャフト２６は環状ハウジング２２内のハウジング空洞内に伸延され，複数のロータブレード５２がシャフト２６から環状ハウジング２２へ径方向外側に延びる。耐食性材料から形成されるライナー８０は，ハウジング内面の少なくとも一部と略同一面に配置される。ライナー８０は，限定はしないが，ステンレス鋼，ハステロイ，銅，ニッケルなどの材料から，メタルスピニング，深絞り，ハイドロフォーミング及び／又はその他適切なライナー形成方法のうちの１つ用いて形成される。ライナー８０は，環状スリーブ部８４と，環状スリーブ部８４の第１の端部から径方向内側に延びる閉鎖端部８６をともに形成する１つ以上の構成部品のみからなる。ライナー８０の環状スリーブ部８４は，環状ハウジング２２の環状部分３０と略同一面に配置され，ライナー８０の閉鎖端部８６は，環状ハウジング２２の閉鎖端部３２と略同一面に配置される。他の実施形態においては，ライナー８０は，環状ハウジング内面８２の軸方向に延びる内面のみに沿って配置される。

本発明を単段液封式ポンプの例を参照して説明したが，本発明は，２段液封式ポンプ又は２つ以上の単段部を有するポンプにも同様に適用できる。上記は，本発明の実施形態の一例でしかない。本発明の異なる実施形態を含む別の例がある。上記開示を踏まえ，本発明においては様々な変形例及び変更が可能である。添付の請求項の範囲内において，特に本明細書に記載するように本発明を実行できることがわかる。請求項の記載は包括的に理解される。

２０・・・液封式ポンプ，２２・・・環状ハウジング，２４・・・ロータ，２６・・・シャフト，２８・・・ドライバ，３０・・・環状部分，３２・・・閉鎖端部，３４・・・第１の端部，３６・・・開口端部，３８・・・第２の端部，４０・・・空洞，４２・・・作動流体，４４・・・ポートプレート，４６・・・ガス流入口，４８・・・ガス吐出口，５０・・・空間，５２・・・ロータブレード，５４・・・内面，５６・・・ネジ，５８・・・接続プレート，６０・・・ハブ，６２・・・円筒穴，６４・・・穴，６５・・・自由端，６６・・・プラグ，６８・・・胴体部，７２・・・第１の軸方向延長端，７４・・・第２の軸方向延長自由端，７６・・・空洞，７８・・・矢印，８０・・・ライナー，８２・・・内面，８４・・・環状スリーブ部，８６・・・閉鎖端部，８８・・・第１の端部，９０・・・開口端部，９２・・・第２の端部，９４・・・穴，９６・・・フランジ，９７・・・フランジ

Claims (13)

1. 液封式ポンプであって，
   環状部分と，前記環状部分の第１の端部から径方向内側に延びる閉鎖端部と，前記閉鎖端部とは反対側であって前記環状部分の第２の端部に形成された開口端部を有してハウジング空洞を形成し，前記ハウジング空洞は液封式ポンプの作動時に作動流体が充填されるように構成され，前記作動流体は前記ポンプの作動時に前記環状ハウジング内に液封を形成するようにした環状ハウジングと，
   前記環状ハウジングの前記開口端部を覆い，ガス流入口とガス吐出口とを有するポートプレートと，
   前記ハウジング空洞内に配置され，複数のロータブレードを有し，前記ロータブレードの各々がシャフトに対し軸方向に延びる自由端を有し，前記シャフトは，前記環状ハウジングの前記閉鎖端部内部の穴を通って前記環状ハウジング内の前記ハウジング空洞内に延び，前記複数のロータブレードは前記シャフトから前記環状ハウジングへ径方向外側に延びるロータと，
   耐食性材料からなり，前記環状ハウジングの内面の少なくとも一部と略同一面に配置され，前記環状ハウジングの前記環状部分と略同一面に配置される環状スリーブ部と，前記環状スリーブ部の第１の端部から径方向内側に延びて前記環状ハウジングの前記閉鎖端部と略同一面に配置される閉鎖端部と，開口端部と，前記閉鎖端部に形成された前記シャフトが通る穴を有する環状ライナーとを備え，
   前記環状ライナーは，更に，前記環状スリーブ部の前記開口端部に形成された前記環状スリーブ部の第２の端部から延びて前記環状ハウジングの前記環状部分に形成された前記第２の端部に重なり，前記環状ハウジングと前記ポートプレートの間を連結する第１のフランジと，
   前記環状ライナーの一部を形成し，前記環状ライナーの前記穴の周囲に延び，かつ前記環状ハウジングの前記穴の内部に延びる第２のフランジを備え，
   前記環状ライナーは，前記液封式ポンプの前記環状ハウジングの一部に固定的に連結され，前記連結は，前記ポンプ作動時において前記環状ハウジングに対する前記環状ライナーの回転を防止することを特徴とする液封式ポンプ。
2. 前記環状ライナーは，締結，溶接及び接着のうち少なくとも１つにより前記環状ハウジングに取り付けられることを特徴とする請求項１記載の液封式ポンプ。
3. 前記環状ライナーは，前記ポンプの修理を容易にするために，前記環状ハウジングから着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の液封式ポンプ。
4. 前記環状ライナーは，前記環状ハウジングの前記内面の軸方向に延びる面に沿って配置されることを特徴とする請求項１記載の液封式ポンプ。
5. 前記環状ライナーは，ステンレス鋼，銅，ニッケル及びプラスチックのみからなる群のうち１つから形成されることを特徴とする請求項１記載の液封式ポンプ。
6. 前記環状ハウジングはプラスチックから形成されることを特徴とする請求項１記載の液封式ポンプ。
7. 環状部分と環状ハウジングを含む液封式ポンプ用のライナーであって，
   前記環状ハウジングは，前記環状部分の第１の端部から径方向内側に延び，更に内部を通る穴を備える閉鎖端部と，前記閉鎖端部とは反対側であって前記環状部分の第２の端部に形成された開口端部と，前記環状ハウジングの前記開口端部を覆い，ガス流入口とガス吐出口を有するポートプレートを備え，
   前記ライナーは，
   前記環状ハウジングの前記環状部分と略同一面に配置されるライナー環状スリーブ部と，
   前記ライナー環状スリーブ部の第１の端部から径方向内側に延び，前記環状ハウジングの前記閉鎖端部と略同一面に配置され，更に内部を通る穴を備える閉鎖端部と，
   前記ライナー環状スリーブ部の第２の端部に形成される開口端部と，
   前記ライナー環状スリーブ部の前記第２の端部から延びて，前記環状ハウジングの前記環状部分の前記第２の端部に重なり，前記環状ハウジングと前記ポートプレートの間を連結する第１のフランジと，
   前記ライナーの一部を形成し，前記ライナーの前記閉鎖端部の前記穴の周囲に延び，更に前記環状ハウジングの前記閉鎖端部の前記穴の内部に延びる第２のフランジとを備え，
   前記ライナーと前記環状ハウジングの間を固定的に連結し，
   耐食性材料からなることを特徴とするライナー。
8. 前記ライナーは，締結，溶接及び接着のうち少なくとも１つにより前記ポンプの前記環状ハウジングに連結されることを特徴とする請求項７記載のライナー。
9. 前記ライナーは，ステンレス鋼，銅，ニッケル及びプラスチックのみからなる群のうち１つから形成されることを特徴とする請求項７記載のライナー。
10. 前記ライナーは，メタルスピニング，深絞り及びハイドロフォーミングのうち少なくとも１つにより形成されることを特徴とする請求項９記載のライナー。
11. 前記ライナーは，前記ポンプの修理を容易にするために，前記ポンプの前記環状ハウジングに着脱可能に連結されるよう構成されていることを特徴とする請求項７記載のライナー。
12. ハウジング空洞をなす内面と，環状部分と，前記環状部分の第１の端部から径方向内側に延びる閉鎖端部と，前記閉鎖端部とは反対側であって前記環状部分の第２の端部に形成された開口端部とを有する環状ハウジングを提供し，
    環状ライナーの閉鎖端部を前記環状ハウジングの前記閉鎖端部と略同一面に配置し，
    前記環状ライナーの環状スリーブ部を前記環状ハウジングの前記環状部分と略同一面に配置し，
    前記環状スリーブ部の第２の端部から延びる第１のフランジを前記環状ハウジングの前記環状部分の前記第２の端部に重ね，
    前記環状ライナーの一部を形成し前記環状ライナーの前記閉鎖端部内部の穴の周囲に延びる第２のフランジを，前記環状ハウジングの前記閉鎖端部を通って延びる穴に挿入し，
    前記環状ハウジングの前記閉鎖端部内部の前記穴と前記環状ライナーの前記閉鎖端部内部の前記穴にシャフトを伸延し，
    複数のロータブレードを前記シャフトから前記環状ハウジングに向かって径方向外側に伸延し，
    前記環状ハウジングとガス流入口とガス吐出口を有するポートプレートとの間を前記第１のフランジで連結し，
    前記環状ハウジングの前記開口端部を前記ポートプレートにより封止した耐食性液封式ポンプの製造方法。
13. 前記ポンプの作動時に形成される作動流体の液封が横断する前記環状ハウジングの径方向及び軸方向に延びる内面に沿って前記ライナーを配置することを更に含む請求項１２記載の方法。

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